Ongeveer 10 miljard jaar geleden begonnen superzware zwarte gaten plots veel langzamer te groeien. Een grootschalig onderzoek naar meer dan 1,3 miljoen sterrenstelsels en 8.000 actieve zwarte gaten biedt nu een verklaring voor deze mysterieuze vertraging die astronomen al jaren bezighoudt.
Kosmische middag markeerde hoogtepunt
Tijdens een periode die astronomen de "kosmische middag" noemen — tussen 2 en 4 miljard jaar na de oerknal — bereikten superzware zwarte gaten hun groeihoogtepunt. universetoday.com groeien deze gigantische objecten sindsdien aanzienlijk langzamer. Deze zwarte gaten, die miljoenen tot miljarden keren zwaarder zijn dan onze zon, bevinden zich in het centrum van grote sterrenstelsels zoals de Melkweg.
Het onderzoeksteam onder leiding van Zhibo Yu, een doctoraatsstudent aan Pennsylvania State University, analyseerde gegevens van NASA's Chandra X-ray Observatory en andere röntgentelescopen om de oorzaak van deze vertraging te achterhalen. psu.edu dat superzware zwarte gaten tegenwoordig simpelweg niet meer in staat zijn om materiaal even snel te consumeren als in het verre verleden.
Gebrek aan koud gas als hoofdoorzaak
De belangrijkste verklaring ligt in de beschikbaarheid van koud gas, het voorkeursmenu van superzware zwarte gaten. Naarmate het heelal ouder werd, nam de hoeveelheid koud gas dat beschikbaar is voor deze kosmische reuzen af. Astrofysici spreken over "AGN downsizing" — een fenomeen waarbij actieve galactische kernen steeds minder actief worden.
theconversation.com dat er een nauwe correlatie bestaat tussen de massa van een superzwaar zwart gat en de massa van de uitstulping van het gaststerrenstelsel, evenals de snelheidsdispersie ervan. Ook is er een verband tussen de gemiddelde aangroeisnelheid van een zwart gat en de totale stellaire massa van het gaststerrenstelsel.
Gecoördineerde evolutie van sterrenstelsels en zwarte gaten
"Deze relaties tonen aan dat superzware zwarte gaten en hun gaststerrenstelsels op een gecoördineerde manier evolueren," leggen de onderzoekers uit in hun publicatie. Het traceren van de groeigeschiedenis van deze zwarte gaten biedt daarom inzicht in het mechanisme dat de co-evolutie van sterrenstelsels en zwarte gaten aandrijft.
De wetenschappers ontdekten dat de groei van superzware zwarte gaten piekte bij een roodverschuiving van ongeveer z ≈ 1,5–2, wat overeenkomt met 9,5 tot 10,5 miljard jaar geleden. Sindsdien is er een duidelijke afname waarneembaar richting het heden.
Invloed reikt verder dan gaststerrenstelsel
Recent onderzoek toont aan dat de impact van actieve superzware zwarte gaten nog verder reikt dan eerder gedacht. arizona.edu kan de intense straling die door deze objecten wordt uitgestoten niet alleen de stervorming in hun eigen sterrenstelsel vertragen, maar ook in sterrenstelsels miljoenen lichtjaren verderop.
"Traditioneel dachten mensen dat omdat sterrenstelsels zo ver uit elkaar liggen, ze grotendeels op zichzelf evolueren," verklaart Yongda Zhu, postdoctoraal onderzoeker aan de University of Arizona. "Maar we ontdekten dat een zeer actief superzwaar zwart gat in één sterrenstelsel andere sterrenstelsels over miljoenen lichtjaren kan beïnvloeden."
Grootschalig onderzoek over miljarden jaren
futurity.org meer dan een miljoen sterrenstelsels en duizenden groeiende superzware zwarte gaten over een tijdspanne van miljarden jaren. De linkerfoto in hun publicatie toont een snel groeiend zwart gat uit het verleden, terwijl de rechterfoto een langzamer groeiend exemplaar op ongeveer 3 miljard lichtjaar afstand laat zien.
De bevindingen benadrukken dat zwarte gaten met massa's van meer dan een miljoen zonnen weliswaar behoren tot de meest extreme objecten in het heelal, maar dat hun groei sterk afhankelijk is van externe factoren zoals de beschikbaarheid van koud gas. Deze ontdekking helpt astronomen beter te begrijpen hoe sterrenstelsels en hun centrale zwarte gaten samen zijn geëvolueerd sinds de kosmische middag.
Het mysterie van de vertraagde groei lijkt daarmee grotendeels opgelost: superzware zwarte gaten zijn niet minder hongerig geworden, maar hebben simpelweg minder te eten gekregen naarmate het heelal ouder werd.